基于FPGA的捷变频信号源控制系统研究

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信号源系统作为微波信号产生模块,其输出信号的精度和稳定度直接影响着整个微波系统的性能。近年来,随着微波系统的发展,捷变频信号源受到广泛重视,因其具有频率快速切换的特性,可以提升雷达和通信系统的抗干扰能力,在跳频通信、电子对抗以及测试测量等领域具有重要应用价值。因此研究捷变频信号源控制系统,实现对底层微波模块控制,确保信号源系统工作稳定具有重要意义。本文研究了基于FPGA的捷变频信号源控制系统:根据底层模块需求设计了控制方案,针对控制系统指标中频率切换速度快、频率输出精度高以及功率检测误差小等难点,详细研究了捷变频频率源模块以及信号源功率模块控制,并完成了控制板硬件电路设计,最终实现了信号源整机控制。本文主要研究内容如下:1、在频率源模块设计中,针对频率捷变和高精度频率输出等要求,采用了AD9914芯片实现直接数字频率合成技术,并在FPGA内部完成点频和扫频等控制算法,设计了输出频率范围1 M~1.4 GHz,频率步进控制1 mHz,点频频率精确合成,扫频频率切换时间达到60 ns以内,同时兼具相位调制等功能。2、在功率控制设计中,为了解决ALC系统中检波器因温度和频率变化导致误差波动等问题,采用基于FFT算法的数字信号处理方式,利用高速ADC直接对射频信号采样,实现稳定的功率检测。此外,为了提高功率控制速度和精度,采用主从FPGA结构,通过并行接口控制数字和模拟衰减器。最终实现了功率检测算法误差小于0.1 dB,功率控制分辨率达到0.01 dB的高精度ALC功率控制。3、根据各个底层微波模块控制需求,完成基于FPGA的控制板硬件设计和制作,控制板基于EIM总线协议实现与上位机ARM通讯,并在八层板上完成各模块电路设计,实现了信号源系统控制功能。最后,对捷变频信号源控制系统进行测试,验证了基于FPGA的控制系统的各项功能,测试结果可以实现输出频率范围1M~1.4GHz,频率切换时间达到55 ns,功率检测分辨率小于0.1 dB,功率控制分辨率达到0.01 dB,可以实现稳定的上位机通讯和底层模块控制,满足预期指标要求,实现了频率功率高精度可控的捷变频信号源控制系统。
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